JPH04217853A

JPH04217853A - 電動機

Info

Publication number: JPH04217853A
Application number: JP3044152A
Authority: JP
Inventors: Walter Mehnert; ヴァルター　メーネルト
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1991-02-16
Publication date: 1992-08-07
Also published as: EP0450288A2; EP0450288A3; EP0574960A2; DE59106499D1; EP0450288B1; EP0574960A3; US5220223A; DE59105817D1; EP0574960B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ステータ部分とリアクション部分
との間の相対運動を生じさせるための電流が流れるコイ
ル装置と、該コイル装置をその磁界が貫く磁石装置と、
該磁石装置及び該コイル装置の磁界中に配された少くと
も１つの強磁性材料製のボディとを有する電動機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】このような電動機は、例えば直線運動電
動機（リニアモータ）の形で知られており、この直線運
動電動機は、或る限定されたストロークを発生させるた
めに、中空の直円筒対として形成された永久磁石を備え
ており、この永久磁石の、最初は内方に向けられ、次に
磁気的帰還装置によって永久磁石の一方の端面に長手軸
線と平行に向けられる磁界中に、電気コイルが進入し、
このコイルは、それに流れる電流の各方向に応じ磁束の
主要部が貫通する電動機装置の端面に近づく方向か又は
これから離れる方向に移動する。この装置においては、
一様な力の作用は、コイルがその軸方向のほぼ全長に亘
って永久磁石により囲まれている間しか得られない。そ
のため永久磁石は、所望のストロークだけコイルよりも
軸方向の長さを大きくすることが必要となる。

【０００３】従って、従来の電動機は、可及的に小さい
寸法において可及的に大きな力又は可及的に大きなモー
メントを発生させる要求については、最適のものではな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、取り
出しうる力又はモーメントを少くとも同一として、寸法
を小さくできるように、冒頭に述べた形式の電動機を改
良することにある。

【０００５】

【課題を達成するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項１に示された電動機によって達成される。即ち、本発明の電動機は、コイル装置（１４；３４；１
４ａ、１４ｂ；１４ａ′、１４ｂ′；５４、５６；５４
′、５６′）が磁石装置（１２；３２；１２′；５２、
５３；５２′、５３′；８２、８３）に、少くとも該相
対運動の方向に移動不可能に結合され、強磁性材料製の
ボディ（２０；４４；２０′；５５；５５′）が該コイ
ル装置及び該磁石装置に対して、前記相対運動の方向に
移動可能に支承され、この相対運動の方向と直角に延在
する少くとも１つのギャップ（２２；４２；２２′；５
８；５８′）を有し、このギャップが、低透磁率の材料
で満たされ、前記コイル装置及び磁石装置に対する該ボ
ディの相対運動に基づいて該コイル装置中の磁束が変化
するように配設されていることを特徴とする。

【０００６】本発明によれば、従来の電動機の基本原理
、即ち、電流の流れるコイルが単独にか又はその内部に
通された強磁性材料製のコアと共に磁石装置の磁界に対
して相対的に運動するという原理は放棄される。その代
りに、コイル及び磁石（永久磁石でも電磁石でもよい）
は、少くとも発生させようとする運動の方向には移動不
可能に、一般には全く移動不可能に、互いに結合されて
いるので、これら２つの部材（コイルと磁石）の間には
、電動機によって行わせるべき運動は生じえない。その代りに、コイル及び磁石の磁界中には、強磁性材料
から成るボディが、コイル−磁石ユニットに対して相対
的に所望の運動方向に移動可能に支承されている。この
場合、従来の電動機の場合と同様に、コイル−磁石ユニ
ットは、「ステータ」と見ることも、又「リアクション
部分」ないし「ロータ」と見ることもでき、強磁性材料
から成るボディは、これらの組の他方となる。

【０００７】所望の相対運動が生ずるようにするために
、強磁性材料製のボディは、１つのギャップを有し、こ
のギャップは、該ボディが該ギャップの領域において磁
束に対して示す抵抗が、コイル−磁石装置と強磁性材料
製のボディとの間の支承ギャップによる磁気抵抗よりも
大きくなるように、所望の運動方向と直角の方向に、該
ボディを通って延在される。この目的のために、前記ギ
ャップは、少くとも前記ボディの所要部分に亘って、非
磁性材料（必ずしも空気でなくてよい）又は真空によっ
て満たされている。これらの全ての可能性は、本明細書
中において「間隙」又は「ギャップ」と称されている。これは、以下において詳細に説明され、本発明による電
動機装置の他の個所に設けられている「空隙」の場合も
同様である。

【０００８】たいせつなのは、強磁性材料から或るボデ
ィを通っているギャップを、コイル−磁石装置に対する
該ボディの運動によってコイルを通る磁束が変化するよ
うに形成することである。この運動は、電気機械のリア
クション部分に外部の機械的モーメント又は外部の機械
力を作用させることによって惹起させ得る。この運動に
よって、コイルを貫く磁束が変化し、コイルに或る電圧
が誘起され、この電圧は、コイル端子のところから取出
すことができる。これは本発明による電気機械の発電機
としての態様を表わしている。その逆に外部からコイル
を経て給与された電流によって、コイル−磁石ユニット
と強磁性材料のボディとの間に、或る力が惹起され、こ
の力は、寸法を同一とした場合、従来の対比可能な構造
の電動機の場合の２倍以上の大きさである。

【０００９】発生させるべき或る所定の力又はモーメン
ト状において、特にコンパクトな構造形式は、可及的に
少ない漏洩磁束が発生するように電気機械が構成されて
いる場合に実現される。請求項２〜１２及び１４に示さ
れる特徴は、この目的に供される。

【００１０】本発明の処置によって達成可能な寸法の減
少は、特に、或る限定された直線ストロークを行うよう
にした電動機の場合について考察されるが、他の構造及
び機能形式にも対応した方で適用される。

【００１１】限定されたストロークについて構成された
従来の直線運動電動機の場合には、コイルが１つの工程
運動の際に経過する全ての位置において、磁石の高磁束
密度の磁界領域にコイルが可及的に完全に位置されるよ
うにするために、磁石は、それに対し同軸的に配された
コイルよりも、ストローク分だけ長くなるように前記の
ように構成されている。その反対に、本発明による電動
機の場合には、強磁性材料製のボディを通る空隙が磁石
の軸方向の両端の間において往復運動しうるため、磁石
は、基本的に、所望のストロークの長さとする必要があ
る。電流が流れるコイルは、従来の対比可能な電動機と
同様に、永久磁石と同心的に固定して配設することがで
き、その場合、軸方向の長さは同一である。これによっ
て得られる電動機装置の長さは、ストロークよりもごく
僅か大きいに過ぎなくなる。

【００１２】別の方法として、コイルの代りに、２つの
コイルを、その間に磁石が介在されるように配設しても
よい。

【００１３】磁石の寸法が比較的短いことの結果として
、同じ力を得るための、磁石全体から出る磁束は、比較
的少くなる。これにより、効率を高くする上に有利な、
強磁性材料製の磁気的帰還装置を使用した場合、磁気飽
和のおそれなしに、この帰還装置及び強磁性材料製のボ
ディの厚さを実質的に減少させることができる。このよ
うに厚さを減少させることによって、特に、所望の相対
運動の方向と直交する方向の寸法が更に減少する。

【００１４】以上に述べた構造形態は、特に、回転運動
電動機の場合に適合している。回転運動電動機は、以上
に述べた直線運動電動機と、次の点で相違している。即
ち、回転運動電動機の場合、磁石装置は、少くとも２つ
の磁石を有し、これらの磁石は、コアの長手軸線に関し
て向い合いに配設され、或る時点で見ると、少くとも１
つの磁石の磁化の方向が外部からコアに向い、少くとも
１つの磁石の磁化の方向はコアから外部に向うように、
磁化の方向が互いに異なっている。コアは、特に、コイ
ル−磁石装置に対して回転可能に支承され、１つのギャ
ップを有し、このギャップは、各々片側において、コア
の長手方向及びそれと直交する方向に、組立て状態にお
いて両方のコイルの間の軸方向の距離が連絡されるよう
に延長している。

【００１５】本発明による処置の大きな利点は、電動機
の可動部分が最も簡単で考え易い物品である切抜かれた
鉄製の円筒としうることにある。

【００１６】コイル−磁石装置に対して可動の部材が、
強磁性材料からできている、装置を囲むマントルであり
、このマントルに運動方向と直角に延長するギャップが
形成されている場合にも、この利点は保たれている。即ち、マントルは、コアの代りにか又はコアと共通に、
コイル−磁石装置に対して相対的に可動の強磁性のボデ
ィを形成することができる。

【００１７】空隙を有する強磁性材料のボディとヨーク
との間の移行個所に、強磁性液、特に油性の強磁性液を
配することによって、摩擦係数を少くし、電動機ハウジ
ングを外部に対して封止し、特に偏心性によって生ずる
磁力を減少させると有利である。

【００１８】次に本発明の好ましい実施例を図面に基づ
いて一層詳細に説明する。

【００１９】

【実施例】可動コイルの原理に従って形成された、図１
に示す電動機１は、永久磁石２を備えており、この永久
磁石は、両端面が開放された中空直円筒体の形状をもち
、例えばＳ極が円筒体の内面３に、Ｎ極がその外面４に
それぞれ指向するように着磁されている。永久磁石１の
内部には、電磁コイル６が配設してあり、コイル６を中
空の直円筒体の形状をもち、永久磁石２の内径よりも少
し小さい外径を備えている。コイル６の軸長ＬＳは、永
久磁石２の軸長のほぼ半分であるため、コイル６を永久
磁石２に対して同心的にその内部に配設した場合、コイ
ル６は、コイル６の軸長ＬＳ及び永久磁石２の軸長の半
分にほぼ等しいストロークｈに亘って、永久磁石２の内
部において往復運動することができる。

【００２０】永久磁石２の磁束線をできるだけ小さな磁
気抵抗を示す経路上にて閉路するために、電動機１は、
強磁性材料からできている磁気的な帰還装置を備えてい
る。この帰還装置は、マントル７、ヨーク装置８及びコ
ア９を備えており、そのうちマントル７は、中空の直円
筒体の形状をもち、この直円筒体は、永久磁石２と同じ
軸長を有し、マントル７の円筒内面が永久磁石２の円筒
外面４に当接するように、永久磁石２を外部から囲んで
いる。ヨーク装置８は、基本的に円板の形状をもち、図
１においてマントル７の下端面を形成しており、コア９
は、直円柱（ないし円筒）の形状をもち、ヨーク装置８
の内面から同心的に永久磁石２の全長に亘って、永久磁
石２の図１において上端面まで延在している。帰還装置
全体並びにマントル７及びコア９は、永久磁石２に移動
不可能に結合されている。これらに対して可動の部材で
あるコイル６は、コア９の円筒外面と永久磁石２の円筒
内面３との間の直円筒環の形状の空所中において上下方
向に可動となっている。この運動を可能とするために、
コア９とコイル６の内面との間及び永久磁石２の円筒内
面３とコイル６のマントル外面との間には、対応した空
隙が残置される。

【００２１】永久磁石２の内面３によって径方向内方に
推移する磁束線は、基本的に、鉄心９中において向きを
変更され、コア９を長手方向にヨーク装置８まで通過し
、そこからマントル７によって長手方向に後戻りし、磁
石外面４を経て再び永久磁石２にはいり、そこで閉路さ
れる。

【００２２】ここで、コア９の直径は、コア９がヨーク
装置８に合体される領域において、コア９を通る全磁束
（永久磁石２の磁束とコイル６の磁束とから成る）によ
ってコア９が飽和されないように定められている。ヨー
ク装置８の軸方向の幅は、その反対に、はっきりと小さ
くしてよく、コア９の直径の１／４である。マントル７
も飽和されるべきでないので、その断面積は、コア９の
断面積よりも小さくすべきではない。これはもちろん材
料の厚みを著しく小さくすることによって達成される。それは、マントル７が対称軸線から比較的大きな径方向
の距離を有するためである。

【００２３】コイル６は図１においてそのストロークｈ
の上端の位置において図示されている。コイル６、この
位置が対応した極性の電流によって励磁されると、ヨー
ク装置８に突当るまで下方に移動し、永久磁石２から導
出されてコイル６を通過する磁束は、定常的に増大する
。下端位置において、コイル６を通る電流の極性が反転
されると、コイル６は、図１に示した位置まで上方に移
動し、コイル６を通る磁束は、その際において、定常的
に減少する。

【００２４】図２に示した本発明の実施例による電動機
１１においては、永久磁石１２は、ストロークｈをもち
、両端が開放された中空直円筒体の形状であり、図１の
永久磁石２と同様に着磁されているが、必要なストロー
クｈの長さ、従って実際には図１の永久磁石２の半分の
長さしかもたない。

【００２５】永久磁石１２の内部には、これと同心的に
同様に中空円筒状のコイル１４が配設してあり、コイル
１４は、ほぼ永久磁石１２に等しい軸方向の長さをもち
、永久磁石１２の円筒内面１６はコイル１４の円筒外面
１５に当接し、永久磁石１２は、特に電動機１１の長手
方向において移動不可能にし、コイル１４に結合されて
いる。

【００２６】コイル１４によって閉ざされ両端が開放さ
れた内部空所１８には、強磁性材料からできているコア
２０が配設してあり、コア２０は、コイル１４の軸方向
の両端に配設された２つの案内リング２１によって自己
の長手方向に往復運動可能に支持されている。この目的
のために、各々の案内リング２１は、中心開口を備えて
おり、この中心開口の形状は、コア２０の断面形状に適
合されており、その内面は、コア２０が両方の案内リン
グ２１を通って摺動し案内されるように定められている
。

【００２７】コア２０は、その長手方向と直交の方向に
、空隙２２即ちその少くとも大部分が強磁性を示さない
材料（真空を含む）によって満たされた断面域を備えて
いる。即ちこの空隙２２は、磁気抵抗の高い領域であり
、この領域によって、永久磁石１２から径方向内方に延
在してコイル１４の本体を貫く磁束線は、図２に示した
空隙２２の位置ではこの空隙２２により分割され、この
空隙の上方を通る磁束は上方に曲げられ、強磁性のコア
２０によって電動機１１の上端面に導かれると共に、空
隙２２の下方を通る磁束線は、下方に曲げられ、電動機
１１の下端面に導かれる。そのため、コイル１４を通る
電流の極性にしたがってコア２０が図２に示した位置又
は同様の位置から上方又は下方に移動した場合に、これ
までは或る方向（例えば下向き）にコイル１４の内部空
所１８を通過していた磁束線は、この方向を反転し、逆
の方向に内部空所１８を通るように強制される。これは
、磁界強さが同等で永久磁石１２の長さが半分の場合に
、コア２０の単位移動距離当りのコイル１４を通る磁束
の時間変化が図１の従来例の場合に正確に等しくなるこ
とを意味する。そのため図１の場合と等長の磁石の場合
の力の大きさは２倍となる。

【００２８】図２に示した実施例において、空隙２２は
、破線で示した２つの端位置２３、２３′（これらは、
図２において水平な空隙中心線がコイル１４の上方又は
下方の端線と合致することによって規定される）の間に
おいて移動する。理解されるように、このような構成の
電動機１１において、コイル１４だけでなく、これとほ
ぼ同じ長さの磁石１２も、単に所望のストロークｈの長
さをもつだけでよいことを意味する。そのため軸方向に
おいて構造寸法が最小となる。

【００２９】永久磁石によって径方向内方に向けられて
コア２０において長手方向に曲げられた磁力線の帰還は
、磁石１２を外方から囲むマントル２４と、コア２０を
マントル２４と径方向に磁気的に結合させるヨーク装置
とによってなされる。このヨーク装置は、ヨーク２５、
２６から成り、これらのヨークは、基本的に、各１つの
通し孔を備えていて内周断面が径方向外方に減少してい
る略円板の形状をもち、上方のヨークでは、電動機１１
の上端面に、下方のヨーク２６は、その下端面に、それ
ぞれ設けられている。ヨーク２５、２６は、マントル２
４に強く結合（ないし一体化）されており、マントル２
４と同様に磁性材料からできている。ヨーク２５、２６
がコア２０を通過することを可能とする中心開口の直径
は、コア２０とヨーク２５、２６との間に形成された空
隙が、空隙２２に比べて小さく、しかし案内リング２１
に対向する空隙に比べて大きくなるように定められてい
る。そのため、ヨーク２５、２６とコア２０との間の案
内部の偏心によって生ずる摩擦力は、非常に小さな値に
保たれる。コア２０とコア２０を囲む磁石１２との間の
空隙の幅は、案内リング２１に対する空隙の幅よりも大
きく、特に、コア２０とヨーク２５、２６との間の空隙
の幅よりも大きい。最小の空隙は、案内リング２１とコ
ア２０との間に存在する。案内リング２１は、偏心力を
減少させるだけでなく、ヨーク２５、２６と磁石１２と
の間の必要な空間を満たしている。

【００３０】図２の実施例によれば、磁石１２は、スト
ロークｈを達成するために、図１の永久磁石の長さの半
分をもつだけでよいため、磁界の強さが等しければ、磁
石１２から出る磁束も半分の大きさとなる。図２の実施
例において、コア２０は、空隙２２が２つの端位置の内
の１つにある時に、磁石１２の全磁束を長手方向に、空
隙１２と向い合うヨーク２５又は２６に導く。図１の従
来例、図２の実施例において、コイル磁束は、コア２０
の高負荷部分においてほぼ等しいので、コア２０の直径
は、最大で、図１の従来例の場合の１／√２倍に過ぎな
い。そのため、本発明の構成によれば、磁界強さが同等
ならば、長さの短縮のみならず長手方向と直角の方向の
寸法を際立って減少させることができる。

【００３１】同様にストロークｈを得るように構成され
た図３の実施例の場合にも同様である。この例でも、磁
石３２及びコイル３４は、軸方向の長さが相等しい中空
円筒体の形状を備えている。図２の実施例と相違して、
コイル３４は、磁石３２の外径に等しい内径をもつため
、コイル３４は、組立て状態において、永久磁石３２を
包囲する。この例でも、コイル３４と磁石３２とは、長
手方向に移動不可能に互いに対し結合されている。コイ
ル−磁石装置の両端面には、２つの非磁性の案内リング
４１が同様に配設してあり、これらの案内リングは、電
気機械の残り部分に対して可動のマントル４４を支承す
るためにも用いられている。マントル４４は、コア４０
（ヨーク４５、４６及びコイル−磁石装置と長手方向に
移動不可能に結合ないし一体化されている）と同様に、
強磁性材料からできている。長手方向に可動のマントル
４４は、運動方向と直角の方向に延在する空隙４２を備
えており、この空隙は、空隙２２について述べたように
、少なくとも大部分が適宜の非磁性材料によって満たさ
れている。マントル４４は、その円筒内面において、案
内リング４１の外面上に案内され、コア２０について述
べたように、ヨーク４５、４６及びコイル３４から同じ
仕方で空隙によって隔てられている。マントル４４は、
２つの端位置の間において往復運動することができる。これらの端位置は、図３において水平に延長する空隙４
２の中心線がコイル−磁石装置の上端又は下端と同一面
となることによって規定される。この実施例の作用は、
図２の実施例と同様である。磁束の推移も前記と同様で
ある。

【００３２】図２の実施例に対する図３の実施例の利点
は、ヨークと可動部分との間において非対称に作用する
磁石の磁力による偏心支承において生ずる摩擦力が、径
方向の距離が増大した場合に磁界強さが減少することに
対応して、減少することにある。

【００３３】図２の例と同様の構造をもち、図２と共通
の部分は同一の符号で表わした、図４の実施例において
は、コイル１４が磁石１２に対して同心的に配置されて
なく、電気的に直列又は並列に駆動可能な部分コイル１
４ａ、１４ｂに分割されているため、外径が更に減少し
ている。この例では、磁石１２の両端面において磁石１
２と磁気的な帰還装置のヨーク２５、２６との間におい
て必要な非磁性の空所が、部分コイル１４ａ、１４ｂを
配設するために利用されている。この解決策の利点は、
磁石１２が、本発明に従って他の実施例でも実現される
最小の長さだけでなく、マントル２４とコア２０との間
の磁気抵抗が基本的に磁石１２のみによって規定される
ため、径方向にも最小の寸法とされることである。その
ため、磁界強さを高くし、それに対応してコイル電流を
減少させることができる。また、コイル１４を分割した
ので、前述した実施例と比較して、コイル１４の直交磁
束の半分が消失するので、コア２０の直径が更に減少す
る。なお、空隙の縁部は丸味状とすることが望ましい。

【００３４】この変形例においても、図３に対応して、
空隙を備えたマントル２４を装置の残り部分に対して可
動に支承した実施例が可能である。

【００３５】これは図５に示した実施例においても同様
である。図５の実施例においては、図４に示した種類の
２つの電動機１１、１１′は、１つの電動機装置となる
ように合体されている。即ち、２つの同じ寸法の永久磁
石１２、１２′及び２つの同じ寸法のコイルが用いられ
ており、これらのコイルの各々は、２つの部分コイル１
４ａ、１４ｂ及び１４ａ′、１４ｂ′に区分されている
。これらの磁石及びコイルの構成及び配列は、図４につ
いて前述した通りであり、ここでは説明しない。

【００３６】磁石１２、１２′及びコイル１４ａ、１４
ｂ、１４ａ′、１４ｂ′は、夫々互いに移動不可能に結
合されており、その長手方向軸線が合致するように配設
されている。そのため、直線状の電動機１１、１１′の
ほぼ円筒状の内部空所を通って、共通のコア２０′が延
在されている。コア２０′は、その長手方向に対して直
角に延在する空隙２２、２２′を備えている。これらの
空隙２２、２２′の間の軸方向の距離は、例えば２つの
永久磁石１２、１２′の図５で見て右方の端面の軸方向
の距離によって規定される電動機１１、１１′の軸方向
の距離に等しい。コア２０′は、６つの円錐台状の切欠
き３１を備えており、これらの切欠きは、その長手方向
軸線と同軸的であり、その端面又は径方向に推移する間
隙２２、２２′から、その小径の先端が互いに向い合う
ように形成されている。これらの切欠き３１は、重量又
は材料を節減するためのもので、コア２０′の残りの磁
性材料が、コア２０′の或る任意の位置においてコア２
０′を通過し得る最大の磁束によってコア２０′が飽和
されうるように、大きさが定められている。

【００３７】電動機１１、１１′のコイル−磁石装置は
、磁性材料からできている共通のマントル２４′によっ
て包囲されている。マントル２４′は図１〜４について
説明した実施例と同様に、ヨーク２５、２５′、２６と
共に、或る僅かな磁気抵抗でもって磁束線を環状に閉成
する。

【００３８】なお、この構成において、電動機１１、１
１′に共通の中央部のヨーク２５′を通る磁束は、空隙
２２、２２′の全ての位置について、ストロークｈを経
過する間ほぼ一定になっており、ほぼ最大の磁束の値は
、外側の２つのヨーク２５、２６のうち１つによって規
定させられる。従って中央部のヨーク２５′は、磁気飽
和となるおそれなしに、外側のヨーク２５、２６の１つ
と同じ軸方向の長さをもつことができる。図５に示した
例では、図４に示した形式の２つの電動機が用いられて
いるが、コイルの巻数も同じ出力の単一の電動機に比べ
てほとんど変わらないため、軸方向の全長は、単一の電
動機の軸方向の長さの２倍よりも相当に小さい。

【００３９】この複式の構造の利点は、他の条件を同一
とした場合、ステータと電動機の可動部分との間に作用
する力が２倍になることである。図４による単一の電動
機１１において対応した強力な永久磁石１２を使用する
ことによっても、このような力の倍加は達成される。し
かし磁束が増大するので、コアの直径を大きくし、ヨー
クの軸方向の長さを増し、マントルの厚さをますことが
必要となるであろう。磁石の厚みを大きくすると、廉価
な磁石を用いる場合、特に装置の外径が不釣合に増大す
る。従って、使用目的によっては、最終製品のコストを
低減するため、倍の磁力の永久磁石１２を備えた単一の
電動機１１の代りに、図５に示した複式の構成を用いる
方が特に有利となる。前述した仕方で２基よりも多くの
直線状の電動機１１、１１′を縦続させて用いてもよい
が、その場合、２基の隣接した電動機の間にあるヨーク
について、ヨーク２５′について前述したことが適用さ
れる。

【００４０】図５によるマントル２４′は、図４とは相
違して、永久磁石１２、１２′の軸方向の全長の中間点
２７、２７′において、先端域２８のところよりも壁厚
が減少している。前述の実施例においても可能となるこ
の材料及び重量の節減は、中心域には先端域２８よりも
少い磁束を導く必要があることによって可能となる。更
に、図５において、マントル２４′の内面と永久磁石１
２、１２′の外面との間並びに永久磁石１２、１２′の
内面とコア９′のマントル面との間の、環状の空所は、
図４には示していないがここでも同様に使用可能な合成
樹脂材２９、２９′、３０、３０′により満たされてい
る。このうちの内側の合成樹脂材３０、３０′は、コア
９′の支承及び案内のために用いられる。ヨーク２５、
２５′、２６とコア９′との間の空隙には、前述した利
点を得るために、磁性液を満たすことができる。

【００４１】図６〜９に示した回転運動電動機５１は、
少なくとも２つの永久磁石５２、５３からなる磁石装置
を有し、各々の磁石５２、５３は、中空の直円筒体の形
状をもち、この直円筒体は、長手方向軸線を含む平面に
沿って２分されている。これらの２つの同じ寸法の半円
筒体は、円形の内側及び外側の断面をもった１つの閉ざ
された中空円筒体に補完されるように互いに合体される
。ここでたいせつなのは、本発明の装置の最適な利用を
求める場合、２つの半円筒体が互いに逆の磁化の方向を
もつことである。尚、この前提を度外視すれば、全周の
約４分の１を占める磁石を２個設けることができるが、
この場合には同じ方向に磁化される。図６〜８において
上方の永久磁石５２の磁束の方向は、径方向に外方から
内方に推移しているが、下方側の永久磁石５３の磁束の
方向は、径方向に内方から外方に指向されている。磁石５２、５３の厚みは相等しい。コイル装置は、２つ
のコイル５４、５６を有し、これらのコイルは、同じ寸
法をもち、円形の内側及び外側の断面形状の中空直円筒
体としてそれぞれ形成されている。作動時には同じ方向
に制御されるコイル５４、５６は、２つの永久磁石５２
、５３によって形成される中空円筒体の端面に、この中
空円筒体の長手方向軸線に軸線が合致するように配設さ
れている。これにより、ほぼ円筒状の内部空所が形成さ
れ、この空所を通って、磁性材料製のコア５５が延在さ
れ、このコアは、図６に２重矢印Ｒによって示したよう
に、コイル−磁石装置に対して回動自在に支承される。

【００４２】コア５５を通る空隙５８は、コア５５を２
つの同じ形状の半部分５９、５９によって形成し、これ
らの半部分を、コイル５４、５６の内１つのものの軸方
向長さに対応する軸方向距離でもって配設し、それぞれ
図９に斜視図で示した形状とすることによって形成する
。

【００４３】コア５９の２つの半部分５９、５９の各々
は、組立てた状態で軸方向に外側に位置された１つの円
筒区画６０を有し、この円筒区画の内側の端面６２には
、部分円筒区画６３が続いている。この部分円筒区画６
３は、円筒区画６０によって画定された全円筒から、こ
の全円筒の長手軸線と平行に延長してこの長手軸線から
或る径方向距離にある１つの平面に沿って或る領域を切
抜くことによって得られると考えることができる。この
距離は、組立状態において半部分５９、５９の中間に或
る間隙５８の区画７５の幅がコア５５と磁石５２、５３
との間の空隙の幅のほぼ２倍となるように定められてい
る。

【００４４】部分円筒区画６３の扁平面を形成する第１
の矩形面６５と円筒区画６０の端面６２との間の移行域
には、別の矩形面６６があり、この矩形面６６は、部分
円筒区画６３の全幅に延在し、第１の矩形面６５に比べ
て小さい幅方向の長さをもち、端面６２に向ってせり上
がるように、第１の矩形面６５の平面に対して傾斜して
いる。

【００４５】矩形面６６は、部分円錐面６８の中心マン
トル線の傾斜を引継いでおり、部分円錐面６８は、第１
の矩形面６５に凹部として形成され、部分円錐面６８の
軸線は、コアの半部分の長手軸線と平行に推移し、その
頂点は、第１の矩形面６５と別の矩形面６６との間に形
成された辺６９に接している。部分円錐面６８の底面は
、部分円筒区画６３の自由な端縁が狭い部分円環の形状
をもつように寸法が定められている。

【００４６】以上に述べたように形成されたコア半部分
５９、５９は、コイル−磁石装置の内部空所に、その長
手軸線が互いに合致し、第１の矩形面６５、６５が互い
に平行に対向するように、前記の軸方向距離に配設され
る。一方の半部分５９の自由な部分円環状の端面７０と
他方の半部分５９の端面６２との間には、各々のコイル
５４、５６の軸方向長さに好ましくは等しい軸方向の距
離が存在している。２つの半部分５９、５９によって、
これらの半部分の前述した構成及び配列に基づいて作成
された、間隙５８を含む磁性材料製のコア５５は、端面
６２、６２が、所属するコイル５４、５６の軸方向に外
側の端面と同一面となり、各々の部分円環状の自由な端
面７０が所属するコイル５４、５６の軸方向内方の端面
と同じ横断面の平面内にあるように、軸方向に位置決め
されている。

【００４７】換言すると、磁性材料製のコア５５にギャ
ップ（間隙）５８が貫通形成され、この間隙５８は、２
つの区画７２、７４を含み、これらの区画は、ほぼ半円
版の形状をもち、この半円版は、コイル５４、５６の軸
方向の厚みにほぼ等しい軸方向の厚みをもち、組立状態
において、コイル５４、５６の領域において、各々の向
い合う側面から径方向にコア５５中に入りこんでいる。これら２つの径方向の区画７２、７４は、長手方向に延
長する区画７５によって互いに結合されている。この区
画７５は、部分円錐面６８、６８を除いては、大体にお
いて扁平な直方体の形状をもち、この直方体は、矩形面
６５、６５によって画定され、コア５５全体に亘って延
在している。磁気抵抗を高めると共に材料及び重量の節
減を達成する部分円錐面６８、６８によって、間隙の直
方体状の部分の両方の扁平面上に各１つの部分円錐が載
置された状態となる。ここで、たいせつなのは、間隙５
８が、前記の直線運動電動機の場合のように、径方向に
延長しているだけでなく、両方のコイル５４、５６の間
の軸方向距離を連絡する或る長さに亘って軸方向に延長
していることである。

【００４８】間隙５８は、前記と同様に、透磁率の低い
個体物質によって満たすことができる。この個体物質は
、両方のコア半部分を１つのコアに結合させており、間
隙５８の外方の限界において、間隙５８とコア班部分５
９、５９とから成る全体のユニットが直円筒体の形状を
もつように、形状及び大きさが定められている。

【００４９】回転運動電動機５１においても、コイル−
磁石装置は、磁性材料製のマントル７６により包囲され
ており、マントル７６は、これに強く結合されたヨーク
７７、７８と共に、磁束線を環状に閉成する働きをして
いる。マントル７６及びヨーク７７、７８は、直線運動
電動機について上述したように構成されている。

【００５０】このように間隙５８を構成したことによっ
て、コア５５が回転すると、コイル５４、５６を貫く磁
束の変化が惹起される。この装置が発電機として駆動さ
れる場合、即ち、外部の機械的な回転モーメントの作用
によってコア５５が回転される場合に、コイル５４、５
６に或る電圧が誘起され、この電圧は、コア５５全体と
直交している直方体状の間隙５８の区画７５が永久磁石
５２、５３の間の分離線８０から先に移動する時に常に
急激に符合が「＋」から「−」に、又はその逆に交替す
る（ｄΦ／ｄｔが符号を交替させる）。

【００５１】その逆に、電動機としての作動時に、直流
電圧から簡単な仕方で発生させることのできる対応する
パルス状の電圧がコイル５４、５６に誘起されると、電
磁作用によってコア５５上に回転モーメントが作用し、
それによってコア５５が回転し、この回転を外部に取出
すことができる。

【００５２】電圧の印加時に間隙５８が両方の磁石５２
、５３の間の分離面８０と正確に同一面となることによ
る、電動機としての作動時においての起動時の困難を避
けるために、図７、８に示すように、永久磁石５２、５
３の間に切り替え可能な小磁石８２を配設することがで
きる。この小磁石８２の磁化の方向は、永久磁石５２の
磁化の方向と平行になり、また永久磁石５３の磁化の方
向と平行になるように、図示しない巻線によって切替え
ることができる。このようにして惹起させた磁石装置の
非対称によって、望みの方向においての確実な起動がど
んな場合にも確実に行なわれる。

【００５３】一意的な起動挙動を確実にして前記の出力
の低下を少なくとも部分的に減少させる別の可能性は、
互いに対し９０°角度をずらせた間隙５８、５８′を有
する同一のコア５５′に２基の回転運動電動機５１、５
１′を作用させることである。両方の電動機５１、５１
′の磁石５２、５３の分離面は、同じ平面内に位置させ
る。図１０に示した各部は以上に説明した通りであり、
同じ符号で表わされている。

【００５４】図１０において右側の電動機５１は、図６
の電動機５１と同じ面に沿い切断されている（図８の断
面線ＶＩ−ＶＩも参照）。図１０において左側の電動機
のコアに対する同様の断面は、図８の断面線Ｘ−Ｘに沿
って示されている。

【００５５】本発明は、以上に説明した実施例の他にも
、種々の電動機に使用される。

【００５６】例えば、運動方向と直角に延在する空隙は
、コア中においてもマントル中においても、同一の横断
面中に存在させることができ、コア及びマントルは、共
通の相対運動のために、コイル−磁石装置として機械的
に相互に連結することができる。この装置形態の利点は
、コイルの主磁束を半減させることによってコアの直径
を更に減少させうることにある。本明細書中「主コイル
磁束」とは、全コア、ヨーク及び全マントルを介して全
コイルによって発生する磁束を意味する。それに対して
「直交コイル磁束」とは、コアないしその一部分、ヨー
ク、マントルの一部分及び磁石の一部分を介してコイル
又はその一部分によって発生する磁束である。

【００５７】互いに独立して制御可能な複数のコイル−
磁石装置を、その長軸が互いに合致するように配置し、
そして／又は、コア又はマントルに複数のスリットを形
成し、長いコア又はマントルを大きなストロークに亘っ
て移動させるようにしてもよい。複数のコイル−磁石装
置を例えばその長手軸線を曲げて１つの円形の経路上に
配設し、リング上のコアを加速させるために使用しても
よく、それによっても１つの電動機が得られる。これら
の電動機の各々は、原則として、発電機としても、即ち
機械的なエネルギーを電気エネルギーに変換するために
も使用しうる。

【００５８】別の方法として、コイル装置が複数のコイ
ルを含むものとし、そのうち例えば２つは、磁石装置の
端面に配設し、第３のコイルは、磁石を囲むか又は磁石
によって囲まれるようにしてもよい。

【００５９】図２、３に示した永久磁石１２、１３は、
電磁石によって代替してもよい。図２において永久磁石
１２をコイル１４の内部に配置し、また図３において永
久磁石３２をコイル３４の外部に配置してもよい。図３
の場合には、コイル３４のオーム抵抗が有利に減少する
。その反対に、図２、３に示すようにコイル１４、３４
を永久磁石１２、３２とギャップ２２、４２を有するボ
ディ（コア２０及びマントル４４）との間にそれぞれ配
置した実施例の場合には、ギャップの縁部に生ずる大き
な磁界強さによって永久磁石が損傷されないため、有利
となる。

【００６０】本発明による直線運動電動機は、常に直流
電流が給与され、この電流が、所望の運動方向に極性を
もつようにしてもよく、また別の方法として、或る一定
の走行距離の踏破に必要な電気エネルギーが時間的に間
隔をおいた極性の個々のパルスとして給与されるように
してもよい。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、出力を一定とした場合
、従来よりも寸法を大幅に縮小できると共にその構成の
簡単さによって極めて大きな意義を有する（請求項１以
下）。直線電動機として（請求項１〜１４）特に有利で
あるが回転電動機としても有用である（請求項１６〜２
０）。当然ながら発電機としても利用できる（請求項２
６）。即ち、一体化されたコイル・磁石装置に対し、ギ
ャップを有するコアないしマントル（強磁性材料製）の
相対運動は、磁石の寸法を従来の可動コイル式電動機の
場合に比し半減させる。特にコンパクトな構成が極限さ
れた漏洩磁束と共に達成される（請求項２〜１２、１４
）。

【図面の簡単な説明】

【図１】直線状のストローク運動を行うように形成され
た従来の技術による電動機を示す概略断面図である。

【図２】図１の場合と同一の直線状のストロークについ
て形成した本発明の第１実施例による電動機を示す概略
断面図である。

【図３】同一の直線状のストロークについて形成した本
発明の別の実施例による電動機を示す概略断面図である
。

【図４】コイルを区分した場合の同一の直線状のストロ
ークについて形成した本発明の別の実施例による電動機
を示す概略断面図である。

【図５】強磁性材料性の共通のコアを有する図４による
直線運動電動機２基から成る電動機装置を示す概略断面
図である。

【図６】本発明による回転運動電動機を示す垂直断面図
である。

【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断して示す
断面図である。

【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って切断して
示す断面図である。

【図９】図６の回転運動電動機のコアの半部分を示す斜
視図である。

【図１０】図６の回転運動電動機２基を使用し、また強
磁性材料の共通の１つのコアを使用した電動機装置を示
す垂直断面図である。

【符号の説明】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータ部分とリアクション部分との間の
相対運動を生じさせるための電流が流れるコイル装置と
、該コイル装置をその磁界が貫く磁石装置と、該磁石装
置及び該コイル装置の磁界中に配された少くとも１つの
強磁性材料製のボディとを有する電動機であって、コイ
ル装置（１４；３４；１４ａ、１４ｂ；１４ａ′、１４
ｂ′；５４、５６；５４′、５６′）が磁石装置（１２
；３２；１２′；５２、５３；５２′、５３′；８２、
８３）に、少くとも該相対運動の方向に移動不可能に結
合され、強磁性材料製のボディ（２０；４４；２０′；
５５；５５′）が該コイル装置及び該磁石装置に対して
、前記相対運動の方向に移動可能に支承され、この相対
運動の方向と直角に延在する少くとも１つのギャップ（
２２；４２；２２′；５８；５８′）を有し、このギャ
ップが、低透磁率の材料で満たされ、前記コイル装置及
び磁石装置に対する該ボディの相対運動に基づいて該コ
イル装置中の磁束が変化するように配設されていること
を特徴とする電動機。
【請求項２】コイル装置が、通し内部空所を囲む長いボ
ディとして形成されたコイル（１４；３４）を含み、こ
の通し内部空所中に、少くとも部分的に強磁性材料から
できているコア（２０；４０）が延在されることを特徴
とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】磁石装置が、長いボディとして形成された
少くとも１つの磁石（１２）を含み、該ボディの磁化の
方向は、その長手軸線とほぼ直角に延在し、１つの通し
内部空所を囲み、この通し内部空所を、少くとも部分的
に貫通して強磁性材料からできているコア（２０；４０
）が延在されることを特徴とする請求項２記載の電動機
。
【請求項４】少くとも１つの磁石（１２）の長手軸線が
、少くともコイル（１４；３４）の長手軸線とほぼ平行
に延在し、該少くとも１つの磁石（１２）の軸方向長さ
が、磁石（１２）によって外側から囲まれるコイル（１
４；３４）の軸方向の長さにほぼ等しいことを特徴とす
る請求項３記載の電動機。
【請求項５】該少くとも１つの磁石（１２）の長手軸線
がコイル（１４；３４）の長手軸線に対して少くともほ
ぼ平行に延在され、該少くとも１つの磁石（１２）の軸
方向長さは、磁石（１２）を外側から囲むコイル（１４
；３４）の軸方向とほぼ等しいことを特徴とする請求項
３記載の電動機。
【請求項６】コイル（１４；３４）及び磁石（１２；３
２）が円形の内側及び外側の断面を備えた中空直円筒体
の形状をそれぞれ備え、コイル（１４；３４）及び磁石
（１２；３２）のそれぞれの長手軸線が合致するように
したことを特徴とする請求項４又は５記載の電動機。
【請求項７】コイル装置が２つの同じ方向に制御可能な
コイル（１４ａ、１４ｂ；１４ａ′、１４ｂ′；５４、
５６；５４′、５６′）を有し、各々の該コイルは、１
つの通し内部空所を囲む巻線として形成され、各々の該
コイルに共通の１つの長いコア（２０；２０′；５５；
５５′）が配され、該コアは、少くとも部分的に強磁性
材料からできており、該コイルの両方の通し内部空所に
延在され、該コイルは、該コアの長手方向に、相互から
距離をおいて配設され、磁石装置（１２；１２′；５２
、５３；５２′、５３′；８２、８３）は、該コイルの
間の領域に、該コアの回りに配設して有り、それから出
る磁束が該コアの周面を、その長手方向と直角に通過し
、該コアの内部において該コアの長手方向に方向変更さ
れるように配されたことを特徴とする請求項１記載の電
動機。
【請求項８】磁石装置が、１つの長いボディとして形成
された単一の磁石（１２；１２′）を含み、該ボディが
囲む内部空所を経てコア（２０；２０′）が延在され、
該内部空所の両方の端面に両方のコイル（１４ａ、１４
ｂ；１４ａ′、１４ｂ′）が結合され、該コイルの内部
空所が磁石の内部空所に対して少くともほぼ同一面とな
るようにしたことを特徴とする請求項７記載の電動機。
【請求項９】両方のコイル（１４ａ、１４ｂ；１４ａ′
、１４ｂ′）の各々及び磁石（１２；１２′）が、円形
の内側及び外側の断面を備えた中空の直円筒体として形
成され、その長手方向軸線が互いに合致するように配さ
れたことを特徴とする請求項８記載の電動機。
【請求項１０】長いボディとして形成されたマントル（
２４；４４；２４′；７６；７６′）を備え、該マント
ルは、少くとも部分的に強磁性材料からできていて、コ
イル装置及び磁石装置を外部から囲み、強磁性材料から
できている少くとも２つのヨーク（２５、２６；２５、
２５′、２６；４５、４６；７７、７８；７７、７７′
、７８）は、コアを貫く磁束のためのマントルと共に、
所定の磁気抵抗の帰還手段を形成することを特徴とする
請求項４〜９のいずれか一に記載の電動機。
【請求項１１】コア（２０；２０；５５；５５′）が、
強磁性材料製のボディを形成し、コイル装置の長手軸線
と直角に延在されるギャップ（２２；２２；５８；５８
′）が該コアを貫通して形成されたことを特徴とする請
求項１〜１０のいずれか一に記載の電動機。
【請求項１２】ヨーク（２５、２６；２５、２５′、２
６；７７、７８；７７、７７′、７８）が、マントル（
２４；２４′；７６；７６′）に強く結合され、該マン
トルが、該コイル及び磁石から成る装置と、少くとも相
対運動の方向に移動不可能に結合され、該ヨークが、長
手方向の通し開口を有し、該通し開口が、それを通るコ
ア（２０；２０′；５５；５５′）の相対運動を可能と
し、該コアと該ヨークとの間に有るギャップが、該コア
を通るギャップ（２２；２２′；５８；５８′）よりも
小さな磁気抵抗を形成することを特徴とする請求項１０
又は１１記載の電動機。
【請求項１３】マントル（４４）が、強磁性材料製のボ
ディを形成し、コイル（３４）の長手軸線と直角に延在
するギャップ（４２）がマントル（４４）を貫通して形
成されたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の電
動機。
【請求項１４】ヨーク（４５、４６）がコア（４０）に
強く結合され、該コアは、コイル（３４）及び磁石（３
２）から成る装置と、少くとも相対運動の方向に移動不
可能に結合され、マントル（４４）がヨーク（４５、４
６）を外側から囲むと共にマントル（４４）を通るギャ
ップ（４２）よりも低い磁気抵抗を形成するギャップに
よって該ヨークから隔てられることを特徴とする請求項
１３記載の電動機。
【請求項１５】電動機が直線運動電動機である請求項１
〜１４のいずれか一に記載の電動機。
【請求項１６】回転運動電動機として形成された請求項
２〜５のいずれか一又は請求項７に記載の電動機であっ
て、磁石装置が、コア（５８、５８′）の長手軸線に関
して互いに向い合いに配された少くとも２つの磁石（５
２、５３；５２′、５３）を含むことを特徴とする電動
機。
【請求項１７】前記少くとも２つの磁石（５２、５３；
５２′、５３）の各々が、コア（５５、５５′）のほぼ
半分までを囲み、各々の時点でみて、少くとも１つの磁
石（５２、５２′）の磁化の方向が外方からコア（５５
；５５′）に指向し、少くとも１つの磁石（５３；５３
′）の磁化の方向がコア（５５；５５′）から外方に指
向することを特徴とする請求項１６記載の電動機。
【請求項１８】コアの外周の小部分のみを覆う少くとも
１つの別の磁石（８２、８３）が設けられ、この磁石（
８２、８３）の磁化の方向は、両方の大きな磁石（５２
、５３）の内一方のものの磁化の方向又は他方のものの
磁化の方向に対応するように極性反転可能としたことを
特徴とする請求項１７記載の電動機。
【請求項１９】コア（５５；５５′）が、両方のコイル
（５４、５６；５４′、５６′）及び磁石装置（５２、
５３；５２′、５３）に対して回動可能に支承され、長
手方向と直交する方向成分並びに該コアの長手方向に延
在する方向成分をもって延在するギャップ（５８；５８
′）を有することを特徴とする請求項１６〜１８のいず
れか一に記載の電動機。
【請求項２０】前記両方向成分を有するギャップ（５８
；５８′）が組立て状態において両方のコイル（５４、
５６；５４′、５６′）の間の軸方向距離を連絡するよ
うに延在されることを特徴とする請求項１９記載の電動
機。
【請求項２１】磁石装置が永久磁石によって形成された
ことを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一に記載の
電動機。
【請求項２２】強磁性材料製ボディ（２０；４４；２０
′；５５；５５′）中の少くとも１つのギャップ（２２
；４２；２２′；５８；５８′）が、低透磁率の個体材
料によって満たされ、該個体材料が、前記強磁性材料製
ボディと共に、ひとつづきの外側輪郭の全ボディを形成
することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一に記
載の電動機。
【請求項２３】前記コア、ヨーク及びマントルの材料の
厚み及び形状を、できるだけ少い材料を用いて飽和がさ
けられるように、それぞれの断面積を貫く最大の磁束に
それぞれの断面積において適合させたことを特徴とする
請求項１〜２２のいずれか一に記載の電動機。
【請求項２４】請求項１〜２３のいずれか一に記載の電
動機少くとも２基から成る電動機装置であって、少くと
も２基の電動機のコイル−磁石装置が全て少くとも相対
運動の方向に互いに移動不可能に結合され、少くとも２
基の電動機に共通の、強磁性材料製ボディが設けられ、
該ボディは、各々の電動機について１つのギャップを有
し、各々の電動機のコイル−磁石装置と強磁性材料製共
通のボディとの間に生ずる力が相対運動を発生させるた
めに同じ方向に作用するように、少くとも２基の電動機
のコイル装置を制御することを特徴とする電動機。
【請求項２５】少くとも２基の電動機が１つの共通のマ
ントルを有し、少くとも１つのヨークを２基の電動機に
所属させたことを特徴とする請求項１０〜２３のいずれ
か１項又は請求項２４に記載の電動機。
【請求項２６】請求項１〜２５のいずれか一に記載の電
動機の構成を有する発電機。